(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄金属溶湯を計量して鋳造機へ供給する非鉄金属の溶湯供給装置であって、上部に複数の溶湯流入孔が設けられ、少なくとも溶湯流入孔を含む部分が溶湯炉の溶湯に浸漬する昇降自在の溶湯取入れシリンダと、溶湯取入れシリンダ内に挿入され、上部に溶湯流出管とＴ字状に接続した管状ピストン軸の下端に嵌着したピストンと、溶湯シリンダを昇降させる駆動手段とを備え、溶湯炉の湯面と同じレベルにピストン下面を保持しており、溶湯シリンダを溶湯流入孔から溶湯が流入する位置まで下降させて、溶湯シリンダ内に溶湯を装入した後、溶湯シリンダを上昇させることにより溶湯シリンダ内部の溶湯を管状ピストン軸を経由して溶湯流出管から排出し、鋳造機へと供給することを特徴とする非鉄金属の溶湯供給装置。
【請求項２】
前記溶湯取入れシリンダ内で、ピストン上面部を狙って照射するレーザ測距離装置を該溶湯取入れシリンダ上方に備え、該溶湯取入れシリンダ内壁に沿ってピストン上面に漏出してくる溶湯のレベルを計測して、シリンダとピストン間の溶湯漏れ量を算出して該溶湯取入れシリンダの上昇による計算溶湯吐出量から該溶湯漏れ量を減ずる補正をして管状ピストン軸を通過する溶湯吐出量を算定することを特徴とする請求項１記載の非鉄金属の溶湯供給装置。
【請求項３】
前記管状ピストン軸内を軸方向に照射するレーザ測距離装置を該管状ピストン軸上方に備え、該管状ピストン軸を経由して溶湯流出管から排出された鋳造機への溶湯の流量を、該管状ピストン軸内の溶湯面のレベルを計測して、目標とする溶湯レベルに溶湯を制御することで鋳造機への供給溶湯量を制御することを特徴とする請求項１記載の非鉄金属の溶湯供給装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金や亜鉛合金等の非鉄金属溶湯をダイカスト鋳造機等に給湯する供給装置に関し、詳しくは、溶湯手許炉からダイカスト鋳造機へ、または溶解炉から溶湯手許炉へ、等、溶湯を定量供給できる供給装置であって、簡易な装置でもって、給湯量の精度を向上させた非鉄金属の溶湯供給装置及びその定量供給制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウムや亜鉛やそれらの合金等である非鉄金属のダイカストを製造する際に、ダイカスト鋳造機の金型キャビティに非鉄金属の溶湯を供給する装置として、ピストンポンプを使用する方式や、溶湯保持炉から電磁ポンプで供給する方式や、溶湯保持炉を気密化してガス加圧により溶湯供給を行う方式などが主に知られている。
【０００３】
前述の金属溶湯のピストンポンプ方式では、チェックバルブやポンプ室が必要なため構造が複雑で、頑丈さが要求される。また、このピストンポンプを溶解炉の中に浸漬するために、大容量の保持炉と溶解炉が必要となり、装置が大掛かりとなる。また、電磁ポンプ方式では、計量を電磁ポンプの駆動時間で制御しているため、電圧変動や給湯管の断面積の変化、金型キャビティ内のガス圧変化等の影響を受け易く、給湯量精度が悪い。また、大容量の保持炉と溶解炉が必要となるので、総体的に設備の操作、保全性が複雑で、設備費が高価となる。また、ガス加圧により溶湯供給を行う方式は、大容量の保持炉と溶解炉が必要となると共に、炉を気密化にする余分なコストと、ガス加圧のためのガス圧力、流量の制御装置が必要であり、総体的に設備の操作、保全性が複雑で、設備費が高価となる。
【０００４】
これらの問題を解決するために、給湯の精度を向上させ、かつ装置の簡易化が図られてきた。この先行技術として、非鉄金属の溶湯供給装置が開示されている。（文献１、２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−６６７２７号公報、〔請求項１〕、〔０００７〜０００８〕、〔図４〕
【特許文献２】特開２００２−１３７０５２号公報、〔請求項１〕、〔０００７〕、〔図１〕
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この先行技術１は、溶湯取入れシリンダーを溶湯中に常時浸漬しておき、シリンダー内に上下二つの汲み上げ子を離間させた計量空間に溶湯を取入れた後、二つの汲み上げ子を同期上昇させて外部へ溶湯を供給する装置であって、溶湯炉の深部にある良質の湯を汲み上げることができるが、装置構成が複雑であり、また溶湯の計量空間への取り込み、排出操作をする駆動手段も複雑になる等の問題があった。また、先行技術２は、溶融金属収納ポットにピストンポンプを内蔵した給湯管を斜め上向きに結合した供給装置であって、給湯管内で溶湯の定量供給が行え、チェック弁やポンプ室が不要でシンプルな装置としているが、ピストンを斜め方向に片持ちに支持していることもあり、ピストン面に対して湯面の傾き、また給湯管とピストンとの間の隙間に伴う漏れ等による計量精度の維持に課題が残る。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解消することも含め為したものであって、その目的は、簡易な装置でもって、給湯量の精度を向上させた非鉄金属の溶湯供給装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項ｌに係る非鉄金属の溶湯供給装置は、非鉄金属溶湯を計量して鋳造機へ供給する非鉄金属の溶湯供給装置であって、上部に複数の溶湯流入孔が設けられ、少なくとも溶湯流入孔を含む部分が溶湯炉の溶湯に浸漬する昇降自在の溶湯取入れシリンダと、溶湯取入れシリンダ内に挿入され、上部に溶湯流出管とＴ字状に接続した管状ピストン軸の下端に嵌着したピストンと、溶湯シリンダを昇降させる駆動手段とを備え、溶湯炉の湯面と同じレベルにピストン下面を保持しており、溶湯シリンダを溶湯流入孔から溶湯が流入する位置まで下降させて、溶湯シリンダ内に溶湯を装入した後、溶湯シリンダを上昇させることにより溶湯シリンダ内部の溶湯を管状ピストン軸を経由して溶湯流出管から排出し、鋳造機へと供給することを特徴とする。
【０００９】
この構成により、溶湯取入れシリンダを下降させて、上部の溶湯流入孔から溶湯取入れシリンダ内へ流し込める位置に保持することで溶湯を装入できるから、従来のピストン駆動型で必要な吸込みバルブが不要である。また、溶湯の排出は、溶湯取入れシリンダを上昇させることで溶湯を持ち上げ、溶湯をピストン中央部の管状ピストン軸を経由して溶湯流出管から給湯できるから、ピストン駆動型で必要なチェックバルブが不要である。これにより、本発明に係る溶湯用ポンプは、バルブレスであり、構造が簡単であり、設備費が安く、また故障や保守する部分も少ないから、機器の保全が容易である。また、溶湯取入れシリンダは常時溶湯に浸漬しておく必要がなく、該シリンダの非鉄金属の溶湯による溶損、侵食などの損傷も少なくなる。
【００１０】
また、本発明装置は、手許炉の出湯室に設置することができ、また単独で独立して給湯可能であるから、手許炉から鋳造機への溶湯の供給において、手許炉に加圧供給機能や電磁ポンプを付帯させる必要がないから、装置的に単純で、操作や保全性に優れており、設備費も安価になる。
【００１１】
また、この構成により、溶湯取入れシリンダ内壁とピストン外周との隙間を皆無にする必要性がないから、炭素質又はセラミック仕様で溶湯取入れシリンダとピストンから構成される本発明に係る溶湯ポンプの設計・製作が容易となり、また、シリンダとピストンが相互に干渉し合わないので、溶損や損傷に対する修理の頻度が少なく、機械寿命が延びる。  
【００１２】
また、請求項２に係る非鉄金属の溶湯供給装置は、請求項１記載の非鉄金属の溶湯供給装置において、前記溶湯取入れシリンダ内で、ピストン上面部を狙って照射するレーザ測距離装置を該溶湯取入れシリンダ上方に備え、該溶湯取入れシリンダ内壁に沿ってピストン上面に漏出してくる溶湯のレベルを計測して、シリンダとピストン間の溶湯漏れ量を算出して該溶湯取入れシリンダの上昇による計算溶湯吐出量から該溶湯漏れ量を減ずる補正をして管状ピストン軸を通過する溶湯吐出量を算定することを特徴とする。  
【００１３】
この構成により、溶湯取入れシリンダが上昇してシリンダ内の溶湯を吐出する際に、シリンダ内壁とピストン外周との隙間から漏れる溶湯の溜りの高さを上方からレ−ザで計測して、シリンダ断面積と漏れた溶湯高さの関係から漏れ量が算出できる。そして、溶湯取入れシリンダの上昇による計算溶湯吐出量から該漏れ量を減じた補正をして、管状ピストン軸を通過する正味の溶湯吐出量を算定することができる。このように溶湯に接触することなく、溶湯流出量を求めることができる。
【００１４】
また、請求項３に係る非鉄金属の溶湯供給装置は、請求項１記載の非鉄金属の溶湯供給装置において、前記管状ピストン軸内を軸方向に照射するレーザ測距離装置を該管状ピストン軸上方に備え、該管状ピストン軸を経由して溶湯流出管から排出された鋳造機への溶湯の流量を、該管状ピストン軸内の溶湯面のレベルを計測して、目標とする溶湯レベルに溶湯を制御することで鋳造機への供給溶湯量を制御することを特徴とする。
【００１５】
この構成により、溶湯が管状ピストン軸内を通過して、直交する溶湯流出管へ溢れて流出し、鋳造機へ供給される供給溶湯量の溶湯レベルを、上方からレーザ計測することにより一定溶湯レベルに調節することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る請求項１から３までの非鉄金属の溶湯供給装置によれば、本装置はバルブを一切用いないシリンダ駆動のポンプ方式であり、またシリンダ内壁とピストンとの間隙も溶湯が絶対漏れない構造とする必要がない。また、溶湯取入れシリンダを常時溶湯に浸漬しておく必要性がないから、炭素質又はセラミック製のシリンダに対して侵食の程度も少なく、溶湯も汚染され難い。また、溶湯供給量の把握が二つの形式のレーザ測距離装置を用いて行うことができるから測定精度が作業環境に支配されずに良好であり、また溶湯に対して非接触式であるので修理・保全が皆無である。このように手許炉から鋳造機へ、または溶解炉から溶湯手許炉へ溶湯を定量供給できる簡易な装置であって、新設炉・鋳造機の組合せに適用されるだけでなく、旧設炉・鋳造機の組合せに対しても置き換えが可能であって、しかも設備費が安価である。特に、ダイカスト鋳造機のうち、コールドチャンバ方式に適用し易い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明を実施するための形態に係る非鉄金属の溶湯供給装置と手許炉との配置を示す模式的側面図である。
【図２】図２は、本発明を実施するための形態に係る非鉄金属の溶湯供給装置の模式的断面図である。
【図３】図３は、本発明を実施するための形態に係る非鉄金属の溶湯供給装置における溶湯供給の作動状態のシーケンスを説明する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施するための形態を図面１，２，３に基づいて説明する。非鉄金属の溶湯供給装置１は、アルミニウム合金又は亜鉛合金等の非鉄金属からなる溶湯をダイカスト鋳造機のコールドチャンバへ供給する装置である。図１，２に示すように、溶湯供給装置１は、昇降自在な溶湯取入れシリンダ２とピストン３を主体とする供給ポンプを架台９に各支持腕２ｃ、４ｂにより支持される。そして、溶湯供給装置１は、手許炉２０の溶湯汲出し口２１に溶湯取入れシリンダ２を浸漬可能なるように架台９を手許炉２０上に配置している。
【００１９】
溶湯取入れシリンダ２は、上部に複数個の溶湯流入孔２ａを有し、溶湯取入れシリンダ２が溶湯中に浸漬した際に、溶湯１０が溶湯流入孔２ａから溶湯取入れシリンダ２内に流入し、通常、溶湯流入孔２ａのレベル以上まで溶湯１０が装入される。また、溶湯取入れシリンダ２は、３個のシリンダ昇降腕２ｂを介して支持腕２ｃに連結し、架台９に付設されたシリンダ昇降駆動装置６により昇降自在に駆動できる。また、シリンダ昇降駆動装置６には、溶湯取入れシリンダ２の昇降位置を検出する機能及び昇降速度を可変できる機能も合わせて持っている。
【００２０】
ピストン３は、溶湯１０が通る管状のピストン軸４の下端に嵌合され、かつ、溶湯取入れシリンダ２内に内壁に接する程度に挿入される。また、ピストン３は、管状のピストン軸４を介して支持腕４ｂに連結し、支持腕４ｂは架台９に取り付き固定する。また、ピストン３の下面を溶湯面１０ａにレベル合わせをするために、管状ピストン軸４又は支持腕４ｂの架台９取付き部にて調節機能を有する。また、管状ピストン軸４の中間部には、Ｔ字状ベント４ａを介して水平方向に溶湯流出管５を分岐して設け、溶湯流出管５の出口をダイカスト鋳造機（図示しない）のコールドチャンバ部に溶湯１０を装入できるように配置する。
【００２１】
前記溶湯取入れシリンダ２及びピストン３の材質は、アルミニウム合金（融点６５０℃前後）が亜鉛合金やマグネシウム合金より融点が高いから、これを対象にして耐熱性、耐侵食性、耐酸化性があり、かつ、変形に強い観点から、炭素質材又は窒化珪素材が好適である。また、管状ピストン軸４及び溶湯流出管５は、強度的な観点と溶湯を冷却しない観点から、耐火材を内装した鋼管を用いるのが好適である。
【００２２】
また、本装置１には、溶湯の吐出量を正確に算定する観点から、二つのレーザ測距離装置７，８を設ける。レーザ測距離装置８は、レーザ光８ａを管状ピストン軸４に沿うてピストン３面上に送受信して、溶湯１０が溶湯取入れシリンダ２内壁とピストン３の隙間から漏れてピストン３面上に溜まる溶湯漏れ部８ｂの湯面高さを測定するために、レーザ測距離装置７と並んで配設する。この溶湯漏れ部８ｂの湯面高さの測定値とシリンダ断面積から溶湯取入れシリンダ２内壁とピストン３の隙間からの溶湯の漏れ量を算出できる。固定ピストン３に対して上昇する溶湯取入れシリンダ２からの溶湯吐出量を前記漏れ量で差し引き補正して溶湯吐出量を算出することができる。
【００２３】
また、レーザ測距離装置７は、レーザ光７ａを管状ピストン軸４内に送受信して、溶湯１０が管状ピストン軸４を上昇し、Ｔ字状ベント４ａ部で溶湯流出管５に溢流する際における溶湯１０の盛上り部７ｂの高さを測定するために、管状ピストン軸４の直上に配設する。溶湯流出管５の溶湯１０の盛上り部７ｂの高さを計測し目標とする溶湯高さに調節することができる。なお、Ｔ字状ベント４を採用しているので、レーザ光７ａで溶湯盛上り面を測距し易い構造としている。
【００２４】
本発明に係る非鉄金属の溶湯供給装置１における溶湯供給の一連の動作を図３（ａ）−（ｈ）を用いて説明する。
【００２５】
図３（ａ）には、溶湯供給装置１の待機位置であって、溶湯取入れシリンダ２の内底がピストン３にほぼ接し、かつ、外底面が溶湯面１０ａに接する程度に、溶湯取入れシリンダ２が上限近く上昇している状態を示している。また、図３（ｂ）には、溶湯供給装置１において、溶湯取入れシリンダ２が溶湯１０を汲み入れるために、溶湯１０中を下降している状態を示し、即ち、溶湯取入れシリンダ２に連結するシリンダ昇降腕２ｂが、シリンダ昇降駆動装置６により下降Βしている状態を示している。
【００２６】
図３（ｃ）には、溶湯取入れシリンダ２の溶湯流入孔２ａが溶湯面１０ａに到達して停止し、溶湯１０が溶湯流入孔２ａを通過して溶湯取入れシリンダ２に装入され、溶湯１０が溶湯取入れシリンダ２で所定量に達するまで、溶湯取入れシリンダ２の位置を維持又は下降させる。手許炉２０の溶湯保持量が汲出し量に比べて著しく多ければ、溶湯取入れシリンダ２の汲み取り位置をあまり変えることなく、溶湯１０を装入できる。
【００２７】
図３（ｄ）には、溶湯供給装置１が溶湯１０の供給を開始する時点であって、溶湯１０が装入された溶湯取入れシリンダ２は、シリンダ昇降腕２ｂを介してシリンダ昇降駆動装置６により上昇αさせられて、溶湯取入れシリンダ２の溶湯１０をピストン３で遮ぎることで、溶湯１０が管状ピストン軸４を上昇して吐出する状態を示している。この時点から、溶湯取入れシリンダ２内壁と内接するピストン３の外周面との間隙から漏れ出る溶湯１０の高さをレーザ測距離装置８からのレ−ザ光８ａにより測定を開始することができる。
【００２８】
図３（ｅ）には、溶湯供給装置１が溶湯１０を供給し終えようとする状態を示しており、溶湯取入れシリンダ２の溶湯１０は、溶湯取入れシリンダ２の上昇αに連れて管状ピストン軸４を通り、Ｔ字状ベント４で水平方向に向きを変えて溶湯盛上り部７ｂを形成し、次いで溶湯流出管５に溢流して、溶湯流出管５を経由してダイカスト鋳造機、または低圧鋳造炉の供給部（コールドチャンバ）に供給する。この際、レーザ測距離装置７が送信したレ−ザ光７ａは、Ｔ字状ベント４における溶湯盛上り部７ｂで反射し、溶湯盛上り高さを測定する。この測定値を供給部の要求高さに調節することにより要求溶湯容量を制御することができる。
【００２９】
また、前記溶湯高さ又は溶湯流量の測定値を夫々の設定値に合わせるために溶湯取入れシリンダ２の昇降速度を制御することも可能である。即ち、コンピュータ制御装置（図示しない）に前記溶湯保持高さ又は溶湯流量の設定値を入力し、前記算定した溶湯高さ又は溶湯流量の測定値を設定値に合わせるべく溶湯取入れシリンダ２の昇降操作量をシリンダ昇降駆動装置６へ出力して溶湯取入れシリンダ２の昇降速度及び位置を制御する。
【００３０】
また、図３（ｅ）の場合に、溶湯取入れシリンダ２の溶湯１０は、溶湯取入れシリンダ２の上昇αに連れて管状ピストン軸４を通り、溶湯流出管５に溢流して、溶湯流出管５を経由してダイカスト鋳造機、または低圧鋳造炉の供給部（コールドチャンバ）に供給する。この際に、溶湯取入れシリンダ２が上昇αして溶湯１０を吐出するときに、溶湯１０が溶湯取入れシリンダ２内壁とピストン３の間隙から漏れてピストン３面上に溜まり、溶湯漏れ部８ｂでの湯面の高さをレーザ測距離装置８のレーザ光８ａで測定することにより、溶湯１０の漏れ量を算出できる。
【００３１】
そして、溶湯取入れシリンダ２の上昇ストロークから吐出する計算吐出量から前記漏れ量を差し引いて実際の管状ピストン軸４を通過する溶湯量を算出できる。
実際には、溶湯流出管５を通過する溶湯量は、管状ピストン軸４の残溶湯量を減ずる必要がある。また、溶湯取入れシリンダ２が上昇αして溶湯１０を吐出する量や溶湯漏れ部８ｂの溶湯１０の漏れ量は、時々刻々算出できるので、溶湯１０供給の総量のみならず、供給速度も算出することが可能である。
【００３２】
また、前記算出した溶湯高さ又は溶湯流量の測定値を夫々の設定値に合わせるために溶湯取入れシリンダ２の昇降速度を制御することも可能である。即ち、コンピュータ制御装置（図示しない）に溶湯保持高さ又は溶湯流量の設定値を入力し、前記算定した溶湯高さ又は溶湯流量の測定値を設定値に合わせるべく溶湯取入れシリンダ２の昇降操作量をシリンダ昇降駆動装置６へ出力して溶湯取入れシリンダ２の昇降速度及び位置を制御する。
【００３３】
また、前記二つの方法により得られた溶湯取入れシリンダ２の昇降操作量を重畳又は選択することで、溶湯取入れシリンダ２の昇降速度を制御し、溶湯高さ又は溶湯流量を設定通りに追随することも可能となる。
【００３４】
図３（ｆ）には、溶湯供給装置１が溶湯取入れシリンダ２が上限近く上昇して、溶湯１０を吐出し終えた状態を示しており、管状ピストン軸４には溶湯流出管５で流出できない溶湯１０の残りが存在する。また、溶湯漏れ部８ｂの溶湯１０の漏れもその状態で残っている。
【００３５】
図３（ｇ）には、溶湯供給装置１が溶湯１０を吐出し終えてから次回の溶湯１０を供給する準備の段階で、溶湯取入れシリンダ２が下降Βする状態を示しており、管状ピストン軸４及び溶湯漏れ部８ｂに残留していた溶湯１０は、溶湯取入れシリンダ２の底部に落下して溜まる。この残り湯は、次回の溶湯１０を受け入れた時点で、新しい溶湯１０と混合し給湯される。
【００３６】
図３（ｈ）は、図３（ｂ）の状態と同じで、（ｂ）−（ｈ）は、溶湯供給装置１が溶湯１０を吐出・給湯する１ショット（サイクル）を示していることになる。
【００３７】
本発明に係る非鉄金属の溶湯供給装置１の特長について説明すると、１ショット（サイクル）毎に管状ピストン軸４の溶湯１０は溶湯取入れシリンダ２内へ戻り、管状ピストン軸４及び溶湯流出管５は空になるから、溶湯１０が付着する恐れがなく、クリーンに保たれる。これにより流量制御に正確性が期待できるし、設備保全の面でもよい。また、ピストン３の位置が手許炉２０の湯面レベル１０ａとほぼ同じに固定されているので、溶湯排出管５の吐出位置が一定となり、次工程のダイカスト鋳造機の湯受け位置が決め易く、湯受けも順調に行える。
【００３８】
また、溶湯取入れシリンダ２内壁とピストン３とは僅かの間隙が在ってもよく、内接して滑動する必要がなく、両者に損傷を与えない。また、両者の相対的な移動が妨害されずに、円滑である。また、溶湯１０が両者の間隙に残留することがないので、起動、停止が容易である。また、溶湯取入れシリンダ２とピストン３の材質は、炭素質又は窒化珪素材を採用しているので、溶湯１０による濡れが少なく、侵食がほとんど起こらないので、寿命が長い。
【００３９】
本発明に係る非鉄金属の溶湯供給装置１における溶湯１０の供給量制御が、管状ピストン軸４での測定と溶湯取入れシリンダ２内の溶湯漏れ部８ｂでの測定と二種類の夫々独立した溶湯に非接触のレーザ測定方法を用いて、溶湯１０流量を算出できるから精度と信頼性が高い。また、流量制御を溶湯取入れシリンダ２の上昇速度とその位置で行うのに、コンピュータ制御が採用できるので、制御特性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
アルミニウム合金又は亜鉛合金等の非鉄金属のダイカスト分野で、溶湯手許炉からダイカスト鋳造機への溶湯の供給において定量又は可変量の給湯制御が可能となり、新旧設備を問わず適用し、利用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１．溶湯供給装置          ２：溶湯取入れシリンダ    ２ａ：溶湯流入孔        ２ｂ：シリンダ昇降腕        ２ｃ：支持腕          ３：ピストン          ４：管状ピストン軸          ４ａ：Ｔ字状ベント        ４ｂ：支持腕          ５：溶湯流出管          ６：シリンダ昇降駆動装置    ７：レーザ測距離装置    ７ａ：レーザ光    ７ｂ：溶湯盛上り部              ８：レーザ測距離装置    ８ａ：レーザ光          ８ｂ：溶湯漏れ部      ９：架台
１０：溶湯            １０ａ：溶湯面
２０：手許炉            ２１；溶湯汲出し口
α：上昇      β：下降
【図１】
0005615640.tif 000002
【図２】
0005615640.tif 000003
【図３】
0005615640.tif 000004